RU2227281C1 - Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов - Google Patents
Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2227281C1 RU2227281C1 RU2002122014/28A RU2002122014A RU2227281C1 RU 2227281 C1 RU2227281 C1 RU 2227281C1 RU 2002122014/28 A RU2002122014/28 A RU 2002122014/28A RU 2002122014 A RU2002122014 A RU 2002122014A RU 2227281 C1 RU2227281 C1 RU 2227281C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- layer
- determined
- elasticity
- heated
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к методам контроля качества многослойных и поверхностно-упрочненных изделий в широком интервале температур. Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов заключается в том, что в исследуемом образце возбуждают колебания до и после удаления слоя материала, определяют модуль упругости удаленного слоя материала, а о свойствах материала судят по разнице модулей упругости удаленных слоев материала. Дополнительно определяют плотность исходного материала гидростатическим взвешиванием, нагревают образец, определяют коэффициент линейного термического расширения дилатометрическим методом нагретого образца, возбуждают продольные колебания в исходном нагретом материале и определяют модуль упругости, затем остужают образец, удаляют исследуемый слой материала одинаковой толщины с четырех сторон образца, определяют плотность оставшегося материала гидростатическим взвешиванием, нагревают оставшуюся часть материала, определяют коэффициент линейного термического расширения дилатометрическим методом нагретой оставшейся части материала, возбуждают продольные колебания и определяют модуль упругости исследуемого удаленного слоя расчетным путем. Затем удаляют следующий слой образца и повторяют операции, необходимые для определения модуля упругости материала исследуемого удаленного слоя. Данное изобретение направлено на упрощение способа определения модулей упругости и повышение точности измерения параметров, связанных с модулем упругости, в частности его температурной зависимости. 1 ил.
Description
Изобретение относится к исследованию физических свойств материалов с помощью ультразвуковых колебаний и может быть использовано для определения модулей упругости многослойных и поверхностно-упрочненных материалов в широком интервале температур, а также для контроля качества сплошных материалов.
Известен способ [Баранов В.М., Кудрявцев Е.М., Мартыненко С.П. Акустическая методика определения характеристик упругости и внутреннего трения материалов в широком интервале температур.//Проблемы прочности. - 1989. №6. c. 116-119] определения характеристик упругости материалов в широком интервале температур, заключающийся в том, что испытуемый образец закрепляют на торцах, возбуждают продольные колебания, измеряют параметры колебаний и по ним определяют комплексный модуль Юнга.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения модулей упругости материалов [авторское свидетельство СССР №1078315, кл. G 01 N 29/04, 1984], заключающийся в том, что в исследуемом образце возбуждают звуковые изгибные колебания и измеряют собственные частоты колебаний до и после удаления исследуемого слоя, а модуль упругости определяют по формуле
где En - модуль упругости N-го слоя образца, состоящего из N слоев;
hN = ZN-zN-1; Z0 = 0; ZN - толщина N-слойного образца;
ωn,N - собственная круговая частота n-й гармоники N-слойного образца;
b, l - соответственно ширина и длина образца;
mN - масса N-слойного образца.
Недостатком этого способа является сложность определения параметров, характеризующих модули упругости, обусловленная трудностью точного закрепления образца между звуководами, сложной формулой для расчета модулей упругости, а также определением плотности материала через размеры и массу образца. Такой метод определения плотности не пригоден для исследовательских целей, т.к. не обеспечивает достаточную точность, а изменение плотности материалов в результате различных физических воздействий (пластической деформации и термической обработки) обычно очень низкое. При определении модулей упругости методом изгибных колебаний, помимо смещения поперечного сечения в плоскости изгиба, наблюдается его вращение вокруг осей, перпендикулярных этой плоскости. При расчете модуля это вращение не учитывают, а если учитывают, то требуется измерять более высокие гармоники колебаний, чем первая гармоника. Данное обстоятельство требует большого объема измерений. Также этот способ не предусматривает определение модулей упругости при температурах выше комнатной.
Технический результат изобретения - упрощение способа определения модулей упругости и повышение точности измерения параметров, характеризующих модули упругости, определение температурной зависимости модулей упругости.
Указанный технический результат достигается тем, что согласно заявляемому способу в исследуемом нагретом образце возбуждают колебания до и после удаления слоя материала, определяют модуль упругости удаленного слоя материала, а о свойствах материала судят по разнице модулей упругости удаленных слоев материала, при этом плотность исходного материала определяют гидростатическим взвешиванием при комнатной температуре известным из общедоступных источников информации [ГОСТ 18898-73, ГОСТ 20018-74], а коэффициент линейного термического расширения нагретого образца определяют дилатометрическим методом, возбуждают продольные колебания, измеряют его резонансную частоту с помощью прибора для измерения амплитудно-частотных характеристик и определяют модуль упругости, остужают образец, удаляют исследуемый слой материала одинаковой толщины с четырех сторон образца кроме торцов, определяют плотность гидростатическим взвешиванием оставшейся части образца, нагревают образец, определяют коэффициент линейного термического расширения нагретого образца из оставшейся части материала дилатометрическим методом, возбуждают продольные колебания в нагретом образце, измеряют резонансные частоты колебаний после удаления исследуемого слоя, а модуль упругости исследуемого слоя определяют по следующей зависимости
где En - модуль упругости n-го исследуемого слоя с площадью поперечного сечения Sn;
L - длина образца;
Fn-1,n-1 - резонансная частота 1-й гармоники до снятия исследуемого слоя;
Fn,n - резонансная частота 1-й гармоники после снятия исследуемого слоя;
ρn-1,n-1 - плотность образца до снятия исследуемого слоя;
ρn,n - плотность образца после снятия исследуемого слоя;
Sn-1,n-1 - площадь поперечного сечения образца до снятия исследуемого слоя;
Sn,n - площадь поперечного сечения образца после снятия исследуемого слоя;
αn-1,n-1 - коэффициент линейного термического расширения образца до снятия исследуемого слоя;
αn,n - коэффициент линейного термического расширения образца после снятия исследуемого слоя;
ΔT=(Tэксп – Tкомн);
Тэксп - температура испытания;
Ткомн - комнатная температура
затем удаляют следующий слой образца и повторяют операции, необходимые для определения модуля упругости материала исследуемого удаленного слоя.
Удаление исследуемого слоя с четырех сторон образца производится для повышения точности определения модулей упругости и во избежание искривления образца за счет остаточных напряжений.
На чертеже представлен многослойный образец, сечение. В образце показаны сердцевина с параметрами Еn,n и Sn,n, первый слой с параметрами E1 и S1, второй слой с параметрами Е2 и S2, n-й слой с параметрами En и Sn.
Способ определения модулей упругости материала при высоких температурах осуществляется следующим образом.
Из исследуемого материала изготовляют стержневой образец, измеряют его поперечные размеры и определяют плотность гидростатическим взвешиванием, нагревают образец, определяют коэффициент линейного термического расширения нагретого образца дилатометрическим методом, закрепляют его по торцам, возбуждают продольные колебания в нагретом образце и измеряют его резонансные частоты, остужают образец, удаляют исследуемый слой материала заданной толщины с четырех сторон образца, измеряют поперечные размеры и определяют плотность гидростатическим взвешиванием оставшейся части образца, затем нагревают образец, определяют коэффициент линейного термического расширения нагретого образца из оставшейся части материала дилатометрическим методом, закрепляют его по торцам, возбуждают продольные колебания в нагретой оставшейся части образца и измеряют его резонансные частоты с помощью прибора для измерения амплитудно-частотных характеристик, рассчитывают модуль упругости удаленного слоя, остужают образец, удаляют следующий слой образца и повторяют описанные операции.
Аналогичные операции проводят при контроле качества сплошного материала. При этом о качестве и физико-механических свойствах материала судят по разнице в модулях упругости отдельных слоев образца.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять модули упругости отдельных слоев многослойных и поверхностно-упрочненных материалов в широком интервале температур, проводить контроль качества материала сплошного образца и оценку физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов.
Claims (1)
- Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов, заключающийся в том, что в исследуемом образце возбуждают колебания до и после удаления слоя материала, определяют модуль упругости удаленного слоя материала, а о свойствах материала судят по разнице модулей упругости удаленных слоев материала, отличающийся тем, что дополнительно определяют плотность исходного материала гидростатическим взвешиванием, нагревают образец, определяют коэффициент линейного термического расширения дилатометрическим методом нагретого образца, возбуждают продольные колебания в исходном нагретом материале и определяют модуль упругости, затем остужают образец, удаляют исследуемый слой материала одинаковой толщины с четырех сторон образца, определяют плотность оставшегося материала гидростатическим взвешиванием, нагревают оставшуюся часть материала, определяют коэффициент линейного термического расширения дилатометрическим методом нагретой оставшейся части материала, возбуждают продольные колебания и определяют модуль упругости исследуемого удаленного слоя по следующей зависимости:где Еn - модуль упругости n-го исследуемого слоя с площадью поперечного сечения Sn;L - длина образца;fn-1,n-1 - резонансная частота 1-й гармоники до снятия исследуемого слоя;fn,n - резонансная частота 1-й гармоники после снятия исследуемого слоя;ρn-1,n-1 - плотность образца до снятия исследуемого слоя;ρn,n - плотность образца после снятия исследуемого слоя;Sn-1,n-1 - площадь поперечного сечения образца до снятия исследуемого слоя;Sn,n - площадь поперечного сечения образца после снятия исследуемого слоя;αn-1,n-1 - коэффициент линейного термического расширения образца до снятия исследуемого слоя;αn,n - коэффициент линейного термического расширения образца после снятия исследуемого слоя;ΔT=(Tэксп – Tкомн);Тэксп - температура испытания,Ткомн - комнатная температура,затем удаляют следующий слой образца и повторяют операции, необходимые для определения модуля упругости материала исследуемого удаленного слоя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002122014/28A RU2227281C1 (ru) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002122014/28A RU2227281C1 (ru) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002122014A RU2002122014A (ru) | 2004-03-20 |
RU2227281C1 true RU2227281C1 (ru) | 2004-04-20 |
Family
ID=32465314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002122014/28A RU2227281C1 (ru) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2227281C1 (ru) |
-
2002
- 2002-08-12 RU RU2002122014/28A patent/RU2227281C1/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002122014A (ru) | 2004-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3987283B1 (en) | Method and system for analysing a test piece using a vibrational response signal | |
Setzer et al. | Test methods of frost resistance of concrete: CIF-Test: Capillary suction, internal damage and freeze thaw test—Reference method and alternative methods A and B | |
Ohtsu | Damage evaluation in freezing and thawing test of concrete by elastic-wave methods | |
US10458958B1 (en) | Ultrasonic through-thickness modulus evaluation of materials | |
CN107748205A (zh) | 一种随温度变化的弹性常数测量方法 | |
Holland et al. | Toward a viable strategy for estimating vibrothermographic probability of detection | |
Barboni et al. | A method to precise determine the Young’s modulus from dynamic measurements | |
RU2227281C1 (ru) | Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов | |
Setzer et al. | CIF-Test-Capillary suction, internal damage and freeze thaw test: Reference method and alternative methods A and B | |
CN110987595B (zh) | 一种高低温环境下材料弹性模量与内耗的测量方法及装置 | |
Wang et al. | Determination of Poisson's ratio of solid circular rods by impact-echo method | |
Kulik et al. | Physical principles of methods for measuring viscoelastic properties | |
SU879452A1 (ru) | Способ неразрушающего контрол объектов | |
Tian et al. | Vibration analysis on electromagnetic-resonance-ultrasound microscopy (ERUM) for determining localized elastic constants of solids | |
RU2220412C1 (ru) | Способ определения физико-механических свойств материала с покрытием | |
Ogi et al. | Calibration-free portable young’s-modulus tester with isolated langasite oscillator | |
US20240142410A1 (en) | Improved support for impact measurements | |
Le Conte et al. | A wood viscoelasticity measurement technique and applications to musical instruments: first results | |
SU244681A1 (ru) | Способ определения зависимости модулей | |
SU807130A1 (ru) | Способ определени модул упругостиМАТЕРиАлА | |
SU1727030A1 (ru) | Способ определени зависимости модул упругости заполнител составного образца от собственной частоты образца | |
Verdiere et al. | Characterizing elastic parameters of isotropic thin plates using impedance tube and transmission loss measurements: a numerical inverse method | |
Jang et al. | Real time cure monitoring of composite structures using the techniques of mechanical impedence analysis | |
Lasen et al. | An investigation of fatigue damage growth in composites materials using the vibration response phase decay | |
RU2475732C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля молекулярно-массового распределения полимера в растворе |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040813 |